Tre processi insieme per dare idrogeno

I sistemi di produzione di energia pre-combustione convertono il combustibile gassoso, solido o liquido per creare una miscela di idrogeno (H2) e anidride carbonica (CO2). Oltre a essere utile per la produzione di elettricità, in futuro l’idrogeno generato potrebbe anche riscaldare case e veicoli elettrici.
Fondamentalmente il processo potrebbe essere intrapreso con emissioni quasi zero se riuscisse a catturare l’anidride carbonica in modo efficace e, quindi, viene spesso promosso come tecnica utile nella lotta contro il cambiamento climatico.
Tuttavia, uno degli attuali ostacoli è che i processi per la separazione della CO2, quali quelli che prevedono l’utilizzo dell’ammina liquida, si verificano a temperature relativamente basse, e pertanto risultano costosi, inquinanti ed energivori.
Il progetto europeo Advanced Solid Cycles with Efficient Novel Technologies (ASCENT) è riuscito a fornire una prova di concetto per tre processi innovativi ad alta temperatura (superiore a 300 °C) che catturano la CO2 in modi più economici e più rispettosi dell’ambiente, producendo al contempo l’idrogeno necessario per una produzione di energia altamente efficiente.
“La principale forza trainante della nostra ricerca – spiega Stefano Stendardo coordinatore del progetto – è stata quella di modificare lo stato attuale delle tecnologie a basse emissioni di carbonio verso un cambiamento radicale che riduca l’energia richiesta”.
Ciascuno dei tre processi Ascent ad alta temperatura è stato modellato in modo da massimizzare la produzione di energia, riducendo al minimo le emissioni di CO2. Tutti i processi in esame combinano una reazione che richiede calore (endotermica) e una reazione che rilascia calore (esotermica), per una nuova combinazione dei due approcci generatori di calore che ha reso l’intero processo più efficiente.
L’integrazione di queste reazioni all’interno di un singolo reattore ha consentito una maggiore temperatura del carburante per una efficace produzione di idrogeno, con il vantaggio di ridotte esigenze di apparecchiature, oltre a un aumento del volume di energia generata. Inoltre, il calore di scarto generato durante la separazione della CO2 e la produzione di H2, può esso stesso produrre ulteriore energia mediante un ciclo termodinamico chiuso.
I tre processi in esame per la produzione di combustibile ricco di idrogeno da utilizzare in un ciclo di alimentazione o nell’industria, sono stati progettati per funzionare in modo complementare. È stato testato un ciclo di looping calcio-rame abbinato a due coppie di reazione endotermiche-esotermiche all’interno dello stesso letto fisso. In secondo luogo, i ricercatori hanno esaminato un processo soprannominato cShift, basato su un sistema di reattore a letto fluidizzato altamente innovativo. Infine, hanno sperimentato un processo di Sorption Enhanced Reforming (SER) in un ciclo di looping a letto fluidizzato.
“La nostra sfida principale – afferma Stendardo – è stata quella di testare ogni tecnologia in condizioni di pressione e temperatura industrialmente rilevanti, con la produzione di materiali su una scala necessaria per l’implementazione reale”.
Una volta che i processi Ascent hanno superato la prova concettuale, sono stati sottoposti a modellizzazione e simulazione su scala reale necessaria per la produzione industriale di energia.